DE29511752U1

DE29511752U1 - Gewichtsreduzierte Schraube

Info

Publication number: DE29511752U1
Application number: DE29511752U
Authority: DE
Original assignee: RIECHEY HENNING
Current assignee: RIECHEY HENNING
Priority date: 1995-07-20
Filing date: 1995-07-20
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2005-07-21

Description

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Deutsche Gebrauchsmusteranmeldung

Henning Riechey

31311 Uetze

Gewichtsreduzierte Schraube

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraube gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Schrauben mit einem Gewindeteil und einem Schraubenkopf, deren Kopf mit einer für das Herein- oder Herausschrauben der Schraube vorgesehene Aufnahmeeinrichtung versehen sind, haben in der Technik so breite Anwendung gefunden, daß sie in einen Vielzahl von industriellen Normen, im deutschen Inland insbesondere der DIN-Normen Eingang gefunden haben.

Eine Untergruppe davon sind die Schrauben, deren Kopf einen polygonförmig oder einen doppelt polygonförmig ausgebildeten Einlaß aufweisen, wobei es sich bei diesem Polygon meistens um eine Sechseck handelt. Eine solche Schraube ist zum Beispiel in der DIN-Norm 912 normiert. Eine Alternative bilden Schrauben, die einen sogenannten Torx-Einlaß aufweisen, der sich als polygonförmig mit konvex abgerundeten Flächen darstellt. Für den allergrößten Teil der Anwendungen insbesondere im allgemeinen Maschinenbau - ist eine solche Schraube, unabhängig davon, welche Ausmaße der Kopfteil oder der Gewindeteil im Einzelfalle angepaßt an die entsprechende Anwendung hat, eben für diese Anwendung geeignet.

Es gibt jedoch Anwendungen, in denen die entsprechende Anwendung eine Gewichtsreduktion verlangt, ohne daß dabei die mechanische Beanspruchbarkeit der Schraube reduziert werden

dürfte. Solche Anwendungen sind insbesondere im Flugzeug- und Fahrzeugbau zu finden, bei denen das Gewicht bekanntermaßen eine Einschränkung des Betriebs herbeiführen kann. Im Fahrzeugbau - insbesondere beim Einsatz bei Motorrädern und ähnlichen Zweirädern - ist eine Gewichtsreduzierung insbesondere dann besonders wünschenswert, wenn die Schrauben in beweglichen Teilen eingesetzt werden. Als erste Maßnahme für eine solche Gewichtsreduzierung ist der Einsatz von leichten Werkstoffen üblich. Wegen der Anforderungen insbesondere an die mechanische Belastbarkeit kommen dabei in erster Linie Leichtmetalle hoher Festigkeit, wie zum Beispiel Titan in Betracht.

Wenn das Gewicht der Schraube aber einerseits deswegen, weil es sich nicht nur bezüglich seiner linearen tragen Masse auswirkt, sondern bei schnell rotierenden Teilen auch in ein unerwünscht hohes Trägheitsmoment eingeht und/oder andererseits bei der Verwendung einer erheblichen Anzahl solcher Schrauben mit der Anzahl der eingesetzten Schrauben multipliziert effektiv wirkt, so kann über den Einsatz des Materials eine weitere Reduktion des Schraubengewichts notwendig sein. Als erster Ansatz dazu wäre eine Reduktion des Gewicht des Gewindeteils denkbar. Wegen seiner mechanischen Funktion wird aber der Gewindeteil bezüglich seiner Abmessungen über ein bestimmtes, im allgemeinen schon voll ausgenutztes Maß hinaus nicht mehr gewichtsreduzierbar sein. Es verbleiben somit Maßnahmen am Kopf der Schraube. Dabei ist zu berücksichtigen, daß durch die vorgesehene Aufnahmeeinrichtung für ein Werkzeug für das Herein- oder Herausschrauben, die in die obere Fläche des Schraubenkopfes eingelassen ist - also insbesondere für einen Schraubenschlüssel mit sechseckiger Außenform -ein ganz erheblicher Teil des Schraubenkopfes bereits ausgespart ist. Damit ist naturgemäß die Möglichkeit zur Gewichtsreduzierung des Schraubenkopfes bereits weitgehend ausgeschöpft, wenn man von eine bestimmten vorgegebenen Festigkeit und mechanischen Belastbarkeit der Schraube - insbesondere des Schraubenkopfes bei der Anwendung eines bestimmten Drehmomentes beim Hereinschrauben - auszugehen hat. In den weiteren Ausführungen wird davon ausgegangen, ,daß. ££ir ein. bestimmtes vorgegebenes

Drehmoment die Maße der Aufnahmeeinrichtung für ein Werkzeug für das Herein- oder Herausschrauben, sowie die Außenmaße des Schraubenkopfes (Höhe und Durchmesser) bereits optimiert sind und daß das Material für die Schraube bereits festgelegt ist.

An eine Schraube zum Einsatz der genannten Art sind aber noch weitere Anforderungen zu stellen. Dabei ist zu nennen, daß die Schraube auch im hereingeschraubten Zustand daraufhin überprüft werden muß, daß es sich um eine "richtige" Schraube für die entsprechende Anwendung handelt. Gegebenenfalls muß dazu entweder eine Kennzeichnung sichtbar sein. Diese Kennzeichnung kann entweder eine Herstellerkennzeichnung sein oder - bei einer weiteren Verschärfung der Forderung - um eine Zulassungskennzeichnung einer zuständigen Zulassungbehörde.

Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, für eine solche Schraube eine weitere Gewichtreduzierung vorzunehmen, ohne eine Beeinträchtigung der mechanischen Belastbarkeit in Kauf nehmen zu müssen.

Die Aufgabe löst die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Schraube entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch, daß der Kopf der.Schraube echt kegelstumpfförmig mit einem solchen Winkel angeschrägt ist, daß an der Oberseite des Kopfes eine glatte Fläche zur Aufnahme einer Kennzeichnung verbleibt. Die Maßnahmen der Erfindung haben zunächst einmal zur Folge, daß gegenüber der herkömmlichen Schraube eine Gewichtseinsparung um diejenige Massendifferenz herbeigeführt wird, die dem Unterschied des Volumens eines Kegelstumpfes gegenüber einem Zylinder mit dem Umfang des Kegelstumpfes an seinem Fuße entspricht, ohne daß sich eine Einschränkung der mechanischen Belastbarkeit ergäbe. Der Erfolg der erfinderischen Maßnahme ist insbesondere dadurch relativ verstärkt, daß ein ganz erheblicher Teil des Schraubenkopfes bereits ausgespart ist. Der Erfolg wird bezüglich der mechanischen Belastbarkeit dadurch hergestellt, daß der Bund, der zwischen dem Kopfteil und dem Gewindeteil der Schraube seitlich im Umfang der Schraube herausragt, am entscheidenden Unterteil des Kopfes, bed- dera&ldquor;ingbesQniiere,.be.;L einer tiefen

Einlassung die mechnische Beanspruchung auftritt, zur Festigkeit dort beiträgt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind im folgenden aufgeführt. Dabei handelt es sich, bei der Anschrägung des Kegelstumpfes um einen Bereich von 2° bis 12°, vorzugsweise 4,5° bis 5,5°. Bei diesem Winkel bleibt an der Oberseite des Kopfes die entsprechende Fläche. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung auf solche Schrauben anzuwenden, bei denen die Einlassung polygonförmig {Anspruch 2), insbesondere sechseckig (Anspruch 5) ist, da in diesem Falle eine besonders große Masseneinsparung möglich ist. Dies ist auch bereits eine übliche Ausführungsform für herkömmliche Schrauben. Die Einlassung kann aber auch viereckig (Anspruch 6) sein. Andere Ausgestaltungen der Aufnahmeeinrichtung für ein Werkzeug zum Herein- und Herausdrehen der Schraube ist in den entsprechenden Unteransprüchen beansprucht. Dabei sind insbesondere diejenigen Auführungen zu nennen, bei denen das Ploygon nochmals unterteilt ist (Anspruch 3) oder konvex abgerundet ist (Torx nach Anspruch 4).

Um eine Kennzeichnung an der Oberseite (Anspruch 7) schnell verarbeiten zu können, ist in einer bestimmten Ausführungsform (Anspruch 8) eine Prägung maschinenlesbar gestaltet.

Die Schraube der Erfindung ist aus einem Leichtmaterial hergestellt, wobei insbesondere Titan {Anspruch 10) oder einer Titanlegierung {Anspruch 9) hergestellt. Es kommen aber auch Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen (Anspruch 11) oder Stahl bzw. Stahllegierungen (Anspruch 12) in Frage. Auch der Einsatz von Kunststoffen ist denkbar.

Die vorgenannten, sowie die beanspruchten und in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel beschriebenen, erfindungsgemäß zu verwendenen Elemente unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialausfall und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten _a Auswahlkriterien -

insbesondere bei der Aufnahmevorrichtung für das Werkzeug uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der dazugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - eine erfindungsgemäße Schraube dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine seitliche Darstellung der Schraube des ersten Ausführungsbeispiels und

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kopf der Schraube des ersten Ausführungsbeispiels.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Schraube 1 gezeigt mit einem Gewindeteil 2, welches im Ausführungsbeispiel ein normiertes, metrisches Gewinde hat, das eine für die jeweilige Anwendung der Schraube angepaßte Länge und Dicke hat. Im Ausführungsbeispiel ist erstreckt sich das Gewinde 3 nicht über den gesamten Gewindeteil 2, sondern läßt einen glatten Abschnitt 4. An den Gewindeteil 2 schließt sich nun der Schraubenkopf 5 an. In der dem Ausführungsbeispiel entsprechenden Schraube ist der Übergang zwischen dem Gewindeteil und dem Kopfteil durch einen Bund 6 hergestellt, der über der übrigen Kopfteil der Schraube herausragt. Durch diesen Bund entfällt eine Unterlegscheibe. Dieser Bund 6 stellt damit den äußersten Umfang der Schraube dar. Oberhalb des Bundes schließt sich ein kegestumpfförmiges Teil 7 an, dessen Anschrägung einen Winkel von 5° aufweist.

In den Oberteil des Schraubenkopfes ist zunächst einmal ein Bohrung 8 eingebracht.Diese Bohrung 8 setzt sich im Ausführungsbeispiel über die Oberkante, aber nicht über die Unterkante des Bundes 6 hinaus fort, so daß nicht nur der kegelstumpfförmige Oberteil 7 des Schraubenkopfes 1, sondern auch der Bund 6 bis ungefähr zu seiner Mitte angebohrt ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Bohrung nach unten nicht eben, sondern mit einem kegelförmigen Abschluß mit einem Winkel an der Spitze des Kegels von ca. 135° abgeschlossen.

Im Ausführungsbeispiel ist dann ein Sechskanteinlaß 9 bis zu einem Teil der Bohrtiefe der Bohrung 8 eingelassen. Dieser Einlaß dient zur Aufnahme eines Schraubenschlüssels mit sechskantiger Außenfläche zum kontrollierten Herein- und Herausschrauben der Schraube 1, wobei bei den hier beschriebenen Präzisionsanwendungen eine Schraubvorrichtung mit kontrolliertem Drehmoment (Drehmomentschlüssel) zur Anwendung kommen wird.

Im Ausführungsbeispiel sind die Kanten des Bundes 6, nämlich die Innenkante zwischen dem glatten Teil 4 des Gewindeteils 2 und dem Bund 6, die Innenkante zwischen dem kegelstumpfförmigen Oberteil 7 des Schraubenkopfes 5 und dem Bund 6, sowie deren obere und untere Außenkante mit einem Radius von ca. 0,5 mm abgerundet.

An der Oberseite 11 des Schraubenkopfes 5 verbleibt ein Rand 13, der zwei Funktionen hat. Einerseits muß der Rand 13 so breit sein, daß eine Beschädigung des Schraubenkopfes beim Hereinstecken des Sechskantschlüssels vermieden wird. Andererseits soll der Rand 13 aber so breit sein, daß eine Prägung 12 anbringbar ist. Im Ausführungsbeispiel wird durch dieses zweite Erfordernis die Breite des Randes 13 definiert.

Auf der Oberseite 11 des Schraubenkopfes 5 ist im Ausführungsbeispiel eine maschinenlesbare Prägung 12 angebracht, wobei es dabei nicht auf den Inhalt der Prägung 12 ankommt, sondern darauf, daß die Schraube 1 auch in eingeschraubten Zustand indentifizierbar ist. Die maschinenlesbare Identifizierbarkeit der Prägung 12 dient dabei der Senkung des Arbeitsaufwandes bei einer großen Zahl von Schrauben.

Einzelheiten den Abmessungen von drei verschiedenen Schrauben des ersten Ausführungsbeispiels sind in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.

Tabelle: Abmessungen für verschiedene Schraubendes ersten

Ausführungsbespiels

Nr.	6,	D	6,	K	10	DK	8,	DS	5	SW	Gewinde	4,	J	3,	T
1	8,	00	8,	00	13	,00	11,	90	6	,12	MJ6xl.0	5,	95	4,	00
2	10,	00	10,	00	16	,00	14,	40	8	,14	M8X1.25	7,	95	4,	20
3	00	00	,00	10	,17	M10xl5	95	80

DK Durchmesser der Schraube am Bund

K Höhe des Schraubenkopfes einschließlich des Bundes

D Durchmesser der Schraube am Gewindeteil

DS Durchmesser der Schraube oberhalb des Bundes

SW Innenabstand des Sechskanteingriffes

J Bohrung des Eingriffes

T Tiefe des Sechskanteingriffes

Alle Längenmaße in Millimeter.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist der SechskanteinlaS 9 durch einen Vierkanteinlaß 10 ersetzt. Weitere, hier nicht gezeigte Ausführungsbeispiele haben andere Polygonzüge als Einlaß, wobei insbesondere unregelmäßige Polygonzüge dazu dienen können, für das Herein- und Herausschrauben der Schraube 1, spezielle Werkzeuge zum Zwecke der Diebstahlsicherung des mit der Schraube 1 befestigten Teils zu ermöglichen.

In weiteren Ausführungsbeispielen ist die Aufnahmeeinrichtung konkav abgerundet (Torx) oder dem Seckskanteinlaß ein ein weiteres - in diesem Fall sechskantiges Polygon überlagert.

Mit der vorliegenden Schraube wurden Versuche ausgeführt, die zeigen, daß die erfindungsgemäße Schraube 1 in ihrer

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mechanischen Belastbarkeit eine entsprechenden Schraube mit zylinderförmigem Kopf entspricht, die einen Durchmesser entsprechend dem FuSe des Kegelstumpfes der Schraube 1 hat. Jeweils die Masse, die der Verjüngung des Kegelstumpfes bis zur Oberseite 11 des Schraubenkopfes entspricht, ist also die durch die Maßnahme der Erfindung erzielte Gewichtseinsparung.

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Liste der Bezugszeichen

1 Schraube

2 Gewindeteil

3 Gewinde

4 Glatter Abschnitt des Gewindeteils

5 Schraubenkopf

6 Bund

7 Kegelstumpfförmiges Oberteil des Kopfes

8 Bohrung

9 Sechskanteinlaß

Vierkanteinlaß Oberseite des Schraubenkopfes Prägung

Claims

<Jjf. ffjickaei\J\leinockmiat Deutsche Gebrauchsmusteranmeldung Henning Riechey 31311 Uetze Schutzansprüche

1. Schraube (1) mit einem Gewindeteil (2) und einem Schraubenkopf (4), wobei der Schraubenkopf (4) mit einer für das Herein- oder Herausschrauben der Schraube vorgesehene Aufnahmeeinrichtung für ein Werkzeug aufweist, die in die obere Fläche des Schraubenkopfes (4) eingelassen ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Schraube (1) aus Leichtmetall oder einem anderen Leichtbauwerkstoff hergestellt ist, daß der Schraubenkopf (4) echt kegelstumpfförmig mit einem solchen Winkel angeschrägt ist, daß an der Oberseite des Kopfes eine glatte Fläche (10) zur Aufnahme einer Kennzeichnung (11) verbleibt, wobei es sich bei dem Winkel um einen Bereich von 2,5 bis 12 Grad - vorzugsweise 4,5 bis 5,5 Grad - handelt
und

- daß die Schraube (1) zusätzlich einen Bund (6) aufweist, der zwischen dem Kopfteil (4) und dem Gewindeteil (2) der Schraube (1) seitlich im Umfang der Schraube (1) herausragt.

2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Aufnahmeeinrichtung um einen polygonförmig ausgebildeten Einlaß (9,10) handelt.

3. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Aufnahmeeinrichtung um einen doppelt polygonförmigen Einlaß handelt.

4. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Aufnahmeeinrichtung um einen Torx-Einlaß handelt.

5. Schraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich sich bei dem Polygon um ein Sechseck (9) handelt.

6. Schraube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Polygon um ein Viereck (10) handelt.

7. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfteil der Schraube eine Prägung (12) aufweist.

8. Schraube nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägung (12) maschinenlesbar ist.

9. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,daß die Schraube aus einer Titanlegierung hergestellt ist.

10. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube aus Titan hergestellt ist.

11. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.

12. Schraube nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube an Stelle des Leichtbauwerksstoffes aus Stahl oder einer Stahllegierung hergestellt ist.